이광자흡수는 Χ$^{(3)}$ 의 허수부로 표현되는 3차 비선형 흡수 효과로, 이광자 흡수확률은 입사빛 세기의 제곱에 비례한다. 특수한 단량체 분자들은 이광자흡수를 통해 빛을 흡수하여 중합과정의 에너지원으로 사용한다. 이 때 에너지의 threshold가 있으므로 초점 부근에서만 반응이 일어나게 되어, 이광자흡수를 통한 광중합과정은 회절효율 한계를 벗어난 미세구조 제작에 응용된다. 또 긴 파장의 빛을 이용하므로 입사 빛이 시료에 깊이 침투하여 3차원 구조제작, 3차원 data 저장 등의 분야에서 높은 응용성을 지닌다. (중략)
본 연구에서는 유기 섬광체와 플라스틱 광섬유를 이용하여 치료용 광자선의 계측을 위한 2차원 광섬유 방사선 센서를 제작하였다. 제작된 센서를 사용하여 광자선 조사야(Field size)와 에너지에 따른 선형가속기의 빔 분포도를 2차원적으로 측정하였으며 polymethylmethacrylate(PMMA)팬텀 내에서 깊이에 따른 섬광체의 광량을 측정하여 깊이선량 분포(Percent Depth Dose, PDD) 또한 2차원으로 측정하였다. 본 연구를 통하여 개발된 2차원 광섬유 방사선 센서는 고 분해능, 실시간 측정, 쉬운 보정 등 많은 장점을 가지고 있다.
본 연구는 제작된 평행평판형 검출기에서 두 전극간의 거리에 따른 극성효과의 정도를 확인하기 위하여 실행되었다. 개발된 전리함의 극성효과를 측정하기 위하여 평행평판형 전리함의 윗면과 아래 면의 전극에 극성을 바꾸어가며 방사선을 조사하고 그에 의하여 생성된 전하를 측정하여 두 양을 비교하였다. 실험은 두 전극간의 거리가 3, 6, 10 mm 일 때 각각의 명목상 체적이 0.9, 1.9, 3.1 cc인 평행평판형 전리함에 대하여 실행하였다. 조사된 방사선은 6, 10 MV 광자선과 4, 6, 9, 12, 16 MeV의 전자선이며, SSD는 100 cm 이었고, 조사면 크기는 광자선의 경우는 10$\times$10 ㎤ 이고 전자선의 경우는 10$\times$10 $\textrm{cm}^2$을 사용하였으며, 측정점은 최대선량점이고, 선량률은 240 MU/min 으로 하였다. 평행평판형 전리함의 극성의 변환은 평행평판형 전리함의 윗면 즉, 방사선이 입사되는 면의 전극이 (+)극을 갖고 아래 면이 (-)극을 갖는 positive와 방사선이 입사되는 면의 전극이 (-)극을 갖고 아래 면이 (+)극을 갖게 되는 negative 측정으로 시행하였다. 실험결과는 광자선의 경우는 0.5 % 이내의 극성효과를 나타냈고, 전자선의 경우는 1% 에서 3.5% 까지 나타났으며, 높은 에너지를 갖는 16 MeV 전자선의 경우가 다른 에너지의 전자선의 경우 보다 극성효과의 영향이 적음을 알 수 있다.
광자선 출력측정시 업무 효율을 높이기 위한 소형 물팬톰(듀얼윈도우 팬톰)을 개발하였다. 이 팬톰은 고에너지 광자선의 출력측정뿐만아니라 선질지표의 결정에 적합하다. 이 팬톰은 두개의 창을 가지고 있으며 독립된 두 축에 의해 회전할 수 있도록 제작되어있다. 이 때 두 축은 전리함 이동 없이 조직팬톰선량비와 깊이선량율비를 결정하기 위한 것이다. 코발트조사기와 선형가속기의 고에너지 광자선을 이용하여 팬톰을 평가하였으며, 기준값과 비교할 때 Co-60의 경우 0.2% 그리고 가속기 x-선에 대해 1.4% 이내로 일치하였다. 이 팬톰은 발생 가능한 인적오차를 방지할 수 있기 때문에 일상의 출력측정에 매우 실용적이라고 본다.
의료용 가속기에서 방출되는 고 에너지 X-선의 정확한 흡수선량을 결정하기 위해서는 방출된 X-선의 에너지에 대한 평가가 필요하다. 의료용 가속기에서 방출되는 X-선의 에너지를 직접 측정하는 방법은 매우 어려울 뿐만 아니라 현실적이지 못하다. 따라서 고 에너지 X-선의 에너지 평가에는 선질 지표들을 사용하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 선진 각 국 및 각 학회의 표준측 정법들에서는 에너지 결정 인자로서 방사선 중심축에서의 최대선량깊이, 선량곡선의 경사 및 선량 레벨과 같은 다양한 선질 지표들이 사용되고 있으며, 의료용 가속기 제작사에 따라서도 X-선 에너지 결정 인자로서 상이한 선질 지표를 사용하고 있는 실정이다. 본 연구는 위에서 언급한 다양한 선질 지표들 중에서 우리에게 가장 적합한 것을 선택하기 위하여 실시하였다. 국내에서 사용중인 11개 기관의 의료용 가속기 4종류(Mitsubishi, Scanditronix, Siemens, Varian) 18대에 대한 명목상 에너지 (4, 6, 10, 15, 21 MV) 30개에 대하여 선진 각 국 및 각 학회의 표준측정법들의 권고 및 제작사들에서 기준으로 채택하고 있는 선질 지표들로 구한 에너지를 상호 비교 분석하였다. 그 결과 명목상의 에너지가 동일하여도 가속기의 기종 및 선질 지표에 따라 에너지 분산을 보이고 있으며, 선질 지표들 중 10cm 깊이에서의 심부선량백분율을 나타내는 D$_{10}$(%)이 에너지의 분포 및 편차가 가장 적게 나타났다. 모든 선질 지표들에서 에너지가 증가함에 따라 에너지 편차는 커지는 경향을 보였다. 정확한 흡수선량 결정에 필요한 에너지 결정에 있어 명목상의 에너지와 중심축에서의 심부선량이 1대 1로 대응하는 물리적인 의미가 있는 통일된 선질 지표를 사용하는 것이 시설간의 자료 비교 및 선질 평가에 가장 바람직하다.
한국원자력연구소에서 개발한 $CaSO_4:Dy,P$를 이용하여 ICRU에서 권고하는 Hp(10)을 평가하고자 하였다. $CaSO_4:Dy,P$는 광자에 내하여 높은 에너지 의존성을 지니므로 Hp(10) 평가를 위해서는 필터물질을 이용하여 모든 에너지에 대하여 반응도를 적절히 보상하여야 한다. ISO에서 권고하는 열형광선량계의 성능요건을 만족하는 필터설계를 위해 몬테칼로 코드를 이용한 이론적 계산과 검증 실험을 수행하였다. 완성된 필터 하에서 $CaSO_4:Dy,P$ 소자는 $20{\sim}662keV$에 이르는 광자 에너지 범위에서 $0.75{\sim}1.0$의 상대반응도를 보였다. 특히 직경이 큰 후방필터를 설계함으로써 전방필터의 두께를 감소하고 필터 조합을 단순화하였으며 테이퍼를 도입하여 선량계의 방향의존성을 대폭 개선할 수 있었다.
자체흡수는 환경 시료의 감마 분광 측정 정확도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이다. 특히, 샘플의 화학적 구성, 기하학적 모양, 두께, 밀도, 원자 번호, 샘플과 검출기 사이의 거리, 방출된 감마 광자의 에너지 및 샘플 내 습도 계수 또는 백분율과 같은 기타 요인에 의해 영향을 받는다. 보정 방법을 테스트하기 450 ml CRM 표준선원(9개 핵종) 마리넬리 비커를 사용하였다. 보정된 값들을 적용하여 환경시료 중 토양시료 5개를 밀도별로 측정하였다. 따라서, 자체흡수 값은 다소 크고 낮은 광자 에너지에 더 효과적임을 알 수 있다. 환경 시료의 경우 선원자체 흡수를 통한 전체 에너지 피크 효율은 샘플의 밀도에 크게 의존함을 확인하였다.
2004년 MIT 10대 신기술, 2005년 일본 총무성 10대 기간 기술로 선정된 테라헤르츠 기술 개발에 집중적인 연구개발이 진행되고 있다. 물질의 투과, 낮은 광자에너지로 식품, 인체에 상대적으로 안전하여 인간에 필요한 테라헤르츠 영상이나 인간에 유해한 물질을 추출하기 위한 테라헤르츠 분광기술에 관한 많은 가능성들을 제시하여 왔다. 또한, 영상 및 분광 이외에도 유무선 경계가 희박해지고 있는 시점에서 유무선 통합 기능제공이 가능하고 정보전달, 센싱, 비파괴 검사 등 다양한 응용영역으로 기술수요가 급격히 증가하고 있는 실정이다. 수요기술의 핵심은 언제, 어디서나, 실시간, 무고통으로 값싸게 활용하여 풍요롭고 안전한 삶을 유지하는 것으로 고령화 사회의 핵심 인프라 구축과 연동되어 가치를 공유하고 있다. 전자기파 대역에서의 초소형, 고효율, 실시간, 저가격 파원 및 검출기 기술개발의 장점을 갖는 포토닉스 기반 테라헤르츠 기술 동향에 대해 기술하였다.
본 연구는 핵의학과에서 사용하는 $^{99m}Tc$에서 방출되는 광자에너지에 대하여 거리에 따른 인체에 대한 선량당량을 평가하였다. 그 결과 주사기 차폐기구 유무에 따라 선량당량이 차이를 보였으며, 심부선량은 차폐를 하지 않은 경우 평균 $216.026{\mu}Gy/h$, 1 mm 텅스텐 차폐를 하였을 경우 평균 $4.240{\mu}Gy/h$, 2 mm 텅스텐의 경우 평균 0.124 uGy/h의 선량을 보였다. 이에 따라 주사기 차폐기구를 필수적으로 사용하여야 하며 종사자 개개인의 피폭 관리에 항상 유념하여야 한다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 종사자의 피폭 감소 방안에 대한 연구가 지속적으로 이루어 져야할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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